Эффект спаривания
− взаимодействие между двумя нуклонами одного типа (pp или nn), находящимися
на одной оболочке и приводящее к увеличению их энергии связи.
В зависимости энергии связи ядра от массового числа А имеются
«пульсации» (череда выбросов) на уровне 1-3 МэВ, которые объясняются специфическим
свойством взаимодействия в системе связанных нуклонов. А именно, в атомных
ядрах возникает дополнительная связь между двумя нуклонами одного типа (двумя
протонами или двумя нейтронами), занимающими один и тот же энергетический
уровень. Этот эффект, называемый спариванием, невелик - чтобы разорвать
эту дополнительную связь нужна энергия ≈ 1–3 МэВ, т.е. всего ≈ 0.2% от энергии
связи ядра.
Проявление сил спаривания разбивает все ядра на три группы:
- чётно-чётные ядра. Все нуклоны в основном
состоянии спарены и положительная добавка к энергии связи ядра за счёт этого
наибольшая;
- нечётно-нечётные ядра. В основном
состоянии не спарены по одному нуклону каждого типа и добавка к энергии
связи ядра наименьшая;
- промежуточный случай – нечётные ядра.
В основном состоянии не спарен один нуклон.
Ярким проявлением сил спаривания является то, что среди примерно
300 стабильных ядер почти 2/3 являются чётно-чётными, а нечётно-нечётных
всего четыре -
,
,
,
.
Возникновение сил спаривания
в ядрах обусловлено особенностями взаимодействия в системе нуклонов. На
характерных ядерных расстояниях нуклоны притягиваются и им энергетически
выгодно находиться на одном и том же уровне в состояниях, характеризуемых
одними и теми же числами n, L, j. Наиболее устойчивой при этом оказывается
пара нуклонов с противоположно направленными моментами, т. е. с +jz
и -jz. Такая пара нуклонов обладает максимально возможным набором
совпадающих квантовых чисел, и, соответственно, волновые функции нуклонов
этой пары характеризуются наибольшим перекрытием. Результирующий полный
момент и чётность такого состояния JР = 0+.
Таким образом, в основном и низколежащих состояниях ядер нуклоны
группируются парами nn и pp с противоположно направленными
и для того, чтобы разрушить одну такую пару в ядро нужно внести энергию
1-3 МэВ. В противном случае связанные в пары нуклоны будут сколь угодно
долго сохранять неизменными свои квантовые характеристики. Возникает своеобразная
ситуация сверхтекучести ядерной материи.
См. также